エネルギー貯蔵バッテリーエネルギー貯蔵に最適なバッテリーの種類はどれですか?

エネルギー貯蔵に最適なバッテリーを尋ねると、通常は一言で答えられることを期待します。-実際には、この質問により、5 つまたは 6 つのまったく異なるテクノロジーが明らかになり、それぞれが独自の化学反応に基づいて構築され、独自のコスト構造を持ち、他のテクノロジーよりも異なる状況に適しています。鉛-酸、標準リチウム-イオン、LiFePO4、塩水、フロー電池はすべて同じ定置型蓄電池市場のシェアを争っており、どれも普遍的に「最高」というわけではありません。正しい答えは、予算、アプリケーション、システムの持続期間に大きく依存します。

この記事では、リチウムの化学だけを取り上げるのではなく、全体像を取り上げます。エネルギー貯蔵電池の購入者は、マーケティング ページの大半を占めるリチウム{0}}対-の会話以外に実際の選択肢がどれだけ存在するかを知って驚くことが多いためです。{0}}対{1}}。世の中の混乱の多くは、1つの化学物質のみを販売し、自明の答えとして自社の製品を自然に組み立てているサプライヤーから来ていますが、実際には、「どのバッテリーが最適か」に対する正直な反応は、ほとんどの場合「実際にそのバッテリーで何をしようとしているかによる」です。

鉛-酸-は最も古く、依然として一般的なベースラインです-鉛-酸バッテリーは、数十年にわたってオフグリッドおよびバックアップ電源としてデフォルトで選択されており、現在でも大量に製造、販売されています。-化学的性質はよく理解されており、製造基盤は成熟しており、kWh あたりの初期費用は市場のどのストレージ テクノロジの中でも最も低い水準にあります。

標準リチウム-イオン（NMC/NCA）

標準的なリチウム-イオンは、通常、ニッケル マンガン コバルト (NMC) またはニッケル コバルト アルミニウム (NCA) 正極を使用しており、ポータブル電子機器や電気自動車で主流を占めており、一部の据え置き型ストレージ製品にも使用されており、通常、他の化学薬品が提供する安全マージンよりもコンパクトなサイズが重要です。

LiFePO4（リン酸鉄リチウム）

LiFePO4 は、過去数年間、特に住宅用および商業用定置型貯蔵庫向けに主流の化学物質となっており、多少のエネルギー密度と引き換えに、標準的なリチウム-イオンよりも有意義に優れた安全性プロファイルとはるかに長いサイクル寿命を実現しています。

海水電池とフロー電池 - はニッチだが成長中

海水バッテリーはナトリウム イオン ベースの電解質を使用しており、重金属を完全に使用していないため、本来の性能よりも環境廃棄の懸念を優先する購入者にとって魅力的です。{0}フロー電池は固体電極ではなく液体電解質タンクにエネルギーを貯蔵します。現在、フロー電池は主に産業規模または実用規模で導入されていますが、急速なバーストではなく長時間の連続放電を必要とする用途向けの長期貯蔵オプションとして議論が高まっています。-

前払いの kWh あたりのコスト鉛{0}酸は依然として前払いの選択肢として最も安価であり、多くの場合、同等のリチウム システムの kWh あたりのコストのおよそ 1/3 から 1/2 になります。{{1}{1}{2}} LiFePO4 はリチウム カテゴリの上位に位置し、通常、純コストベースで標準リチウムイオンより 20-30% 高くなります。一方、フロー電池はグループ内で初期費用が最も高くなりますが、まったく異なる使用例に合わせて価格が設定されています。

サイクル寿命と放電許容深さ

ここで、事前の価格比較が誤解を招き始めます。鉛蓄電池は通常、深度 50% まで定期的に放電しても 300～500 サイクルしか到達せず、放電深度を高くするとさらに短くなります。-比較すると、LiFePO4 は、80 ～ 100% の放電深度でも 2,000 ～ 6,000 サイクルを日常的に処理します。これにより、購入時の kWh あたりのコストではなく、使用可能なサイクルあたりのコストを計算すると、生涯コストの計算式全体が変わります。

鉛酸は火災の危険性が比較的低いですが、充電中に水素ガスが発生するため、換気が必要です。標準リチウム-イオンは、グループの中で最も高い熱暴走リスクを抱えており、一般に開始温度は 150 ～ 210 度の範囲にあります。 LiFePO4 はリチウムのスペクトルのより安全な端に位置し、熱暴走は通常約 270 度以上になるまで始まりません。塩水電池は、電解液自体が可燃性ではないため、一般に利用可能な化学物質の中で最も安全であると考えられています。

設置面積と重量に関する考慮事項

鉛酸は、貯蔵 kWh 当たりの選択肢の中で最も重く、かさばり、多くの場合、同等のリチウム システムの 2 ～ 3 倍の重量になります。{0}}これは、1 か所に永続的に設置されるシステムの場合はあまり重要ではありませんが、設置の労力と構造上の取り付け要件には影響します。

予算重視のプロジェクトで依然として鉛酸が使用される理由{0}{1}{1}

鉛酸システムはスペックシート上では明らかに予算の選択肢のように見えるかもしれませんが、サイクル寿命が短いため、通常の使用では通常 3-7 年ごとに完全な交換が必要になります。これに対し、適切にメンテナンスされた LiFePO4 システムでは通常 10-15+ 年が予想されます。- 15 年間の期間で数値を計算すると、2 ～ 3 回の交換サイクルを考慮すると、鉛蓄電池の方がリチウムよりもコストが高くなることがよくあります。

鉛酸は今日でも実用的な意味を持っています-

鉛酸は、使用頻度の低いバックアップ用途、年間数週間しか電力を必要としない季節限定のキャビン、または長期的な価値よりも可能な限り最小限の初期費用が重要であり、最終的な交換作業をそれほど手間をかけずに担当できる人がいるプロジェクトでは、依然として合理的な選択肢です。{{1}

総所有コストの変化およそ過去 10 年間にわたり、リチウム電池の製造コストの低下とサイクル寿命の大幅な利点により、前払いのステッカー価格は依然として鉛酸よりも高いにもかかわらず、総所有コストの計算はほとんどの住宅用および商業プロジェクトでリチウムに有利に進められてきました。{0}}

市場をリチウムに向かわせる安全性と認証基準

生の経済性を超えて、多くの地域で進化する消防法や保険の要件により、現在では UL 9540 や UL 1973 などの特定のバッテリー安全認証が参照されており、リチウム メーカー、特に LiFePO4 生産業者は一般に、従来の市場にサービスを提供する小規模な鉛酸メーカーよりも早くこの認証を取得し、維持することができています。{3}}

知っておく価値のある新たな代替案

塩水電池技術は、重金属を回避し、本質的に火災の危険性のない化学反応と引き換えに、大幅に低いエネルギー密度 (通常は 100 Wh/kg 未満) を実現します。市場全体に占める割合は依然として小さく、主に、純粋なパフォーマンスを求める購入者よりも、特定の環境や廃棄を優先する購入者に魅力的です。

フロー電池 - の長時間持続、産業規模のみ

フロー バッテリーは長時間の放電に優れています。-、場合によっては定格容量で 8-10+ 時間もの放電が可能ですが、標準のリチウム システムはこれに最適化されていません。物理的な設置面積が大きく、初期費用が高いため、現在は住宅用ではなく公共用途や大規模な商業用途がほとんどですが、生産規模が拡大するにつれてこの技術には注目が集まっています。

用途に合わせたバッテリータイプ

一般的な住宅用蓄電池バックアップ システムでは、LiFePO4 がほとんどのメーカーや設置業者にとってデフォルトの推奨事項となっており、ほとんどの家庭システムが日常的に使用する毎日のサイクル パターンの代替案よりも、安全性、寿命、総所有コストのバランスが優れています。-商用およびオフグリッドの太陽光発電-商用ソーラー ストレージは、通常、住宅用システムと同じ LiFePO4-第一のロジックに従いますが、予算が非常に限られている、または季節的にオフグリッドである-。{7}}プロジェクトでは、初期投資を抑えるために寿命が短いことが許容できるトレードオフである鉛酸を指定することがあります。グリッド-スケールおよびユーティリティ アプリケーショングリッド-スケールのストレージは、短期間のアプリケーションでは LiFePO4 に依存する傾向が強まっており、フロー電池技術が、リチウムの典型的なユースケースに適合しない長時間、数時間の放電ニーズに対応する真の商用の足がかりとなる可能性が最も高い場所です。-まあ。

用途と推奨されるバッテリーの種類

現実の-世界のシナリオ - オフグリッドの小屋の所有者が鉛酸とリチウムのどちらかを選択する-

年におよそ 6 回の週末と、毎年夏に数週間、自分の敷地を使用しているキャビンの所有者は、同様の容量の 2 つのシステムを見積もられました。1 つは著しく低価格の鉛酸バンクで、もう 1 つはほぼ 2 倍のコストである LiFePO4 システムです。{0}最初の反応は、リチウムのほうが長期的には明らかに賢い選択であると考えることでした。それが一般にオンラインで広まっている社会通念だからです。-しかし、キャビンが実際に使用される頻度がいかに低いかを考えると、オーナーは一般的なアドバイスに従うのではなく、毎日の使用ではなく、軽い季節のサイクリングでの予想寿命について大まかに計算することにしました。

バッテリーがディープ サイクルされることはほとんどなく、一年のほとんどをほぼアイドル状態で過ごすため、鉛蓄電池システムの短いサイクル カウント評価は、毎日使用する家庭に比べて実用的な問題ではなくなりました。{0}{1}{2} 400 サイクルと評価されたシステムは、年間数十回しかサイクルされない場合にはそれほど制限はありません。その使用率でそのサイクル数に近づくには 10 年以上かかるからです。初期費用が低いことと、使用頻度の低い物件では数年ごとの鉛酸の完全交換が大きな負担にならないという事実も相まって、この特定の状況では鉛酸の方が賢明な選択となりました。ただし、毎日充放電サイクルを行うフルタイムの住宅では明らかに LiFePO4 のほうが適切でした。{10}{11}}

電池の化学的比較表

バッテリーの種類全体にわたる規制および安全基準

UL 9540/UL 1973 とその適用が化学によってどのように異なるか

UL 9540 はシステム レベルで安全性を評価し、UL 1973 はバッテリー自体に焦点を当てており、両方とも化学に関係なく適用されますが、鉛酸製品とリチウム製品では、故障モードが異なるため、特定の試験条件と合格しきい値は大きく異なります。{2}購入者は、すべての「認証済み」の主張が同じテスト範囲をカバーしていると仮定するのではなく、特定の製品が実際にどの認証を保持しているかを確認する必要があります。

据え置き型ストレージ市場全体は、予算が限られている、または使用頻度が低い-用途を超えるものについては、鉛酸からリチウム化学物質、特に LiFePO4 へ着実に移行しています。{0}同時に、フローバッテリーと塩水技術が研究の注目を集め、主流の選択肢としてリチウムに取って代わるのではなく、主に特殊な分野でささやかな商業的牽引力を集めています。業界のほとんどの予測では、引き続きリチウム化学、特に LiFePO4 が予見可能な将来において住宅用および商業施設の新設で最大のシェアを占め、代替化学がそれを完全に置き換えるのではなく、それに並行してより小さな特殊なニッチを開拓することを示しています。

この変化を促進している要因の一部は、単純に、LiFePO4 の製造規模が過去数年間で大幅に拡大したため、価格が下落し、標準的なリチウムイオンとの間に存在していたギャップの多くが縮まったことです。- 10年前、LiFePO4は現在よりも著しく大きな価格プレミアムを持っていましたが、その差が縮まったことにより、以前は純粋な予算の必要からより安価な化学物質を選択していたであろう購入者にとって、安全性と寿命の利点を正当化することがはるかに容易になりました。

どの化学反応を選択するかに関係なく尋ねるべき質問 どのような化学反応がプロジェクトに適合するかに関係なく、マーケティング上の主張だけに頼るのではなく、エネルギー貯蔵電池のメーカーに実際のサイクル寿命試験データと現在の安全認証文書を問い合わせる価値があります。信頼できるエネルギー貯蔵電池工場は、どの電池サプライヤーから調達しているかを透明にする必要があります。また、信頼できる卸売エネルギー貯蔵電池パートナーは、適合性に関係なく最も利益率の高い製品を押し出すのではなく、特定のユースケースにとってより安価な選択肢が本当に意味がある場合を通知するなど、化学薬品間のトレードオフを正直に説明できる必要があります。-